Метрология, стандартизация и сертификация

Тема 10. Измерение частоты и интервалов времен | назад | оглавление | вперёд |

Период – это минимальный интервал (Т), через который происходит повторение сигнала:
U(t) = U(t + kT)
Частота f = 1 / T
Классификация методов измерения частоты:
Методы измерения частоты

непосредственной оценки:

- переразряда конденсатора;
- резонансный;
- мостовой.

сравнения:

- акустических биений;
- электрических нулевых биений;
- осциллографические методы.

Метод непосредственной оценки.

Рис. 1. Структурная схема.
Метод сравнения.

Рис. 2. Структурная схема.
d fx = d f0 + d ср
В методе сравнения существует обратная связь. С помощью устройства сравнения добиваются выполнения равенства:

где m, n – целые числа.

где f0 – погрешность образцовой частоты.

с учетом относительной погрешности, вносимой устройством сравнения d ср

Метод дискретного счета.
Частота есть количество периодов сигнала совершаемых в единицу времени. Если посчитать количество периодов N за известный интервал времени T0, то можно найти частоту колебаний по формуле:
fx = N / T0
Эту идею можно реализовать с помощью следующей структурной схемы

Рис. 3. Структурная схема.
ВУ – входное устройство;
ФУ – формирующее устройство, преобразует входной сигнал к виду удобному для восприятия счетчиком;
ЭК – электронный ключ;
ЭС – электронный счетчик;
УЦО – устройство цифровой отображения;
Г – генератор образцовых колебаний;
УУ – устройство управления;
:f – делитель частоты, который понижает частоту кварцевого генератора до значений удобных для работы устройства управления.
Временные диаграммы работы ЦЧ.

При одних и тех же значениях частоты fx и интервала времени T0 количество импульсов, поступивших на счетчик, может быть разным. На представленном рисунке оно может изменяться от 3 до 5. Эту погрешность в определении числа импульсов принято называть погрешностью дискретности (квантования).
Эта погрешность имеет место в любом цифровом приборе, число импульсов определяется с погрешностью D N = ± 1 имп. Общая погрешность измерения частоты складывается из погрешности дискретизации d д и погрешности кварцевого генератора d кв.

где T0 – время счета.
Цифровой периодомер.
На низких частотах погрешность дискретности измерения частоты ЦЧ становится очень большой, поэтому был разработан цифровой периодомер (ЦП). Измерение периода Tx осуществляют путем определения количества импульсов N с известным периодом Т0, укладывающихся в интервале Tx. Tx = N Т0.
Принцип его работы поясняется следующей структурной схемой.

Рис. 5. Структурная схема.
xf – умножитель частоты;
f0 – частота кварцевого генератора.
Временные диаграммы.

Рис. 6. Временные диаграммы.
Для m периодов имеем:

Для уменьшения погрешности дискретности определяют число импульсов за m периодов, для этого после ФУ включают делитель частоты с коэффициентом деления m. Формулы по оценке погрешности:

где m – периодов.

d ф – погрешность формирования интервала Tx, вызванная наличием шумов в исследуемом сигнале и внутри схемы периодомера (погрешность уровня запуска).
Задача:
Показание частотометра 28.4871 кГц. Определить коэффициенты деления делителя частоты кварцевого генератора, частота которого fкв = 5 МГц,
Решение. Так как устройство отображения отражает содержимое счетчика, то по показанию частотомера находим число импульсов: N = 284871 импульсов. Коэффициент деления делителя частоты nдел = fкв / fвх yy
Частота сигнала на входе устройства управления fвх yy = 1 / T0; fx = N / T0
T0 = N / fx = 104 мс = 10 с, fвх yy = 1 / T0=1/10=0,1Гц,
nдел = fкв / fвх yy=5*106/0,1=: 5 × 107
Ответ: 5 × 107 раз.

назад | оглавление | вперёд